[아하! 우주] ‘햇빛’ 만으로 추진되는 ‘무한동력’ 우주선 뜬다

햇빛으로 추진되는 우주선이 지구 둘레를 돌게 될 것이라고 미국의 비영리 과학단체 행성협회가 3일(현지시간) 발표했다. 오는 22일 플로리다 케네디 우주센터에서 스페이스X 팰컨 헤비 로켓에 실려 우주로 발사될 이 햇빛돛(LightSail) 2호는 크기가 식빵 한 덩어리만한 것으로, 지구 궤도에 올라가면 접혀 있던 햇빛돛을 펼쳐 돛에 비치는 햇빛(광자)의 광압으로 추진력을 얻어 지구를 공전하게 된다. 햇빛은 태양계 어디서든 무제한으로 확보할 수 있는 만큼 햇빛돛 2호는 사실상 ‘무한동력’ 우주선인 셈이다.

대략 권투 경기장만 한 돛의 소재는 녹음 테이프나 포장지 등에 주로 이용되는 필름인 마일러(Mylar)이며, 무게는 5㎏에 불과하다. 햇빛돛 우주선이 실제 비행에 나서는 것은 이번이 처음이다. 지난 2015년 발사된 햇빛돛 1호는 우주에서 돛을 펴는 실험만 진행했다.

행성협회 대표들은 “성공하면 햇빛돛 2호는 햇빛을 사용하여 지구궤도를 도는 최초의 우주선이 될 것”이라면서 “빛은 질량이 없지만 다른 물체로 옮길 수 있는 운동량을 가지고 있다”고 설명한다. 햇빛돛은 태양으로부터 나오는 광자의 운동량을 추진력으로 사용해 비행하는 것이다. 햇빛돛 2호의 주요 목적은 저비용의 큐브샛을 이용해 햇빛을 추진력으로 한 우주비행 시대를 열어 정부나 민간기구들로 하여금 보다 쉽고 저렴하게 우주탐사를 가능하게 하는 데 있다. 이 역사적인 햇빛돛 2호의 발사는 단독으로 이루어지는 것이 아니라, 미 국방부의 우주시험 프로그램-2의 일환으로 실시되는데, 이 프로그램은 24개의 우주선을 각기 다른 3개의 궤도로 진입시키는 것이다. 햇빛돛 2호는 지구궤도에서 다른 우주선과 근접 작업을 수행하는 방법을 보여주기 위해 설계된 조지아 공대의 우주선 프록스(Prox)-1에 실려 우주로 올라간다.

프록스-1은 우주에서 일주일을 보낸 뒤 지상에서 햇빛돛 2호를 궤도에 배치한다. 모든 것이 예상대로 진행된다면, 프록스 2에서 분리된 며칠 후 햇빛돛 2호는 태양 전지판을 펼친 다음 4개의 삼각형 마일러 햇빛돛을 전개한다. 광압이 누적될수록 우주선 고도는 점점 더 높아져 한 달 후면 지구 상공에서 720km 높이까지 치솟게 되는데, 이는 국제우주정거장(ISS) 고도의 두 배가 되는 고도이다. 720㎞의 높은 하늘은 공기 저항을 받지 않아 속력을 높이기 적합한 환경으로, 한번 가속되면 속도가 줄지 않고 연료를 보충할 필요도 없는 햇빛돛 2호는 우주 너머까지 여행할 수 있는 셈이다.

햇빛돛은 이미 우주탐사에 사용된 적이 있다. 2010년 일본우주항공기구(JAXA)는 최초의 우주 범선 이카로스를 발사하여, 지구에서 어느 정도 떨어진 곳에서 햇빛돛을 성공적으로 시연한 최초의 기관이 되었다.

미 항공우주국(NASA)은 2020년이나 2021년쯤 메가 우주발사 시스템 로켓이 탑재물들과 함께 달로 날아갈 때 심우주 햇빛돛 시험비행을 계획하고 있으며, NEA 스카우트 우주선은 햇빛돛을 사용하여 지구 근접 소행성을 탐사할 계획을 세우고 있다. 고인이 된 영국 물리학자 스티븐 호킹 박사도 초소형 우주 돛단배 1000대를 태양계 밖으로 보낸다는 야심찬 우주탐사 프로젝트를 추진한 바 있다.

이광식 칼럼니스트 joand999@naver.com